供水网络的控制制造技术

供水网络包括节点部件和边缘部件，其中边缘部件在节点部件之间输送水。边缘部件中的至少一个相对于其水的流动行为为可控的。一种用于控制供水网络的方法包括以下步骤：确定包括多个时间片的规划周期；确定时间片中水的供给和预期提取的上限和下限；确定至少一个边缘部件的可能操作配置；确定激活时间片中边缘部件的能量成本；确定节点部件的允许状态；确定边缘部件或节点部件的当前状态（初始状态）；以及基于所确定的信息确定用于该至少一个边缘部件的控制计划，以这样的方式使得预定水平衡在随时间平均的每个时间片中保持。

Control of Water Supply Network

The water supply network consists of node components and edge components, in which the edge components transport water between the node components. The flow behavior of at least one edge component relative to its water is controllable. A method for controlling a water supply network includes the following steps: determining the planning period including multiple time slices; determining the upper and lower limits of water supply and expected extraction in the time slice; determining the possible operation configuration of at least one edge component; determining the energy cost of the edge component in the activation time slice; determining the allowable state of the node component; and determining the edge component or the node component. The current state (initial state); and a control plan for the at least one edge component based on the determined information, in such a way that the predetermined water balance is maintained in each time slice averaged over time.

【技术实现步骤摘要】
供水网络的控制
本专利技术涉及一种供水网络。特别地，本专利技术涉及供水网络的部件的控制。
技术介绍
供水网络适于向多个私人和/或商业用户供水。供水网络可通过区分节点部件和边缘部件来建模，其中水经由节点部件之间的边缘部件输送。节点部件可包括诸如井、源或外部水进给器的进给器；用水户；水容器，可能为水槽或水池；以及供水或收集点。边缘部件可用管道、泵或阀表示。通过影响流经各个部件的水流来控制供水网络。在这种情况下，需要考虑许多辅助条件。例如，特定部件可以模拟方式控制，其他部件仅以二进制方式控制。多个部件的激活的特定组合可能为不允许的。为了经济地操作供水网络，通常尽可能均匀地控制部件为有利的。例如，如果泵永久以中速运行而不是定期以高速运行并再次关闭，则可最小化能量需求。特别地，应该最小化总成本，其包括能量成本和转换成本，并且同时应该确保消费者的供水。用于控制供水网络的现有规划系统通常基于简化模型，例如，该模型不考虑任何仅整数状态或决策变量。确定到此程度的控制方案可能需要附加的启发式应用，以便能够在允许的情况下实施计算出的部件控制的计划。例如，阀可能会受到影响，只能打开或关闭。然后必须调整阀状态的部分变量。通常，随后还必须调整其他变量以便补偿适应所引入的影响。
技术实现思路
本专利技术的一个目的为提供一种用于控制供水网络的改进技术。本专利技术借助于独立权利要求的主题解决该目的。从属权利要求再现优选实施例。供水网络包括节点部件和边缘部件，其中边缘部件在节点部件之间输送水。边缘部件中的至少一个相对于其水的流动行为为可控的。一种用于控制供水网络的方法包括以下步骤：确定包括多个时间片的规划周期；确定在时间片中向供水网络中供水的上限和下限；确定在时间片中来自供水网络的水的预期提取；确定至少一个边缘部件的可能操作配置；确定激活时间片中的至少一个可控边缘部件的能量成本；确定供水网络的节点部件的允许状态；确定供水网络的部件的当前状态（初始状态）；以及基于所确定的信息确定用于该至少一个可控边缘部件的控制计划，以这样的方式使得在随时间平均的每个时间片中保持供水网络的预定水平衡。控制计划包括至少一个边缘部件的激活的时间序列。在这种情况下，控制计划允许至少一个边缘部件的不同激活之间的转换在每个时间片中仅一次，并且在从一个时间片到接着的时间片的转换处一次。转换尤其可包括切换或改变边缘元件的操作配置。操作配置优选地包括供水网络的边缘部件的配置。该配置尤其可包括可控部件的激活状态以及边缘部件的能量摄入或通过边缘部件的流动。供水网络的操作配置可包括所有边缘部件的操作配置。可控边缘部件可为主动的，其中它被激活并且接收能量，或者不为主动的或被动的，其中它不被激活并且不接收能量。从主动状态到被动状态的转换或者相反地称为切换或切换过程。切换还可包括两个主动操作配置之间的转换，其特别地被分配给多个大的能量摄入。本专利技术基于以下发现：即为了有效和经济地控制供水网络，不仅需要确保向消费者供应水并且最小化可控部件的能量消耗，而且通过最小化其切换过程来尽可能保护边缘部件也是有利的。该部件可具有例如电驱动装置，并且特别地包括泵或类似设备。电驱动装置例如可包括异步马达，该异步马达具有可感知的功率，例如在几十千瓦或几百千瓦的范围内。当接通异步马达时，在磁力和机械转速之间存在100%的滑移，并且大部分滑移可转换成热而不是转矩。因此，在每次接通期间，部件的电驱动装置可受到热应力，从而可减少其寿命。通过最小化切换过程可显著延长边缘元件的寿命。该方法可提供以控制计划的形式的粗略计划，其中供水网络的实际控制可根据技术参数、特别是水的实际流入或流出以及可能的水容器的水平状态来执行。例如，规划周期可为一天或多天，并且时间片可为例如一小时。多个边缘部件的不同激活之间的进一步转换优选地同时发生。结果，可遵守由供水网络的配置或架构预定义的辅助条件。例如，泵的接通可使水流入节点部件中，该节点部件连接到另一个可控边缘部件，并且因此也应该被激活。可为多个可控边缘部件创建控制计划，其中边缘部件的激活的时间序列为协调的。结果，通过可控边缘部件的激活，可以改进的方式反映水通过供水网络的运动。可确定控制计划，以这样的方式，使得存储在一个节点部件处的时间片中的水量对应于存储在先前时间片中的节点部件中的水量加上流入的水量并且减去流出的水量。这些和其他辅助条件可很容易地结合在控制计划的确定中。在实践中，可制定许多辅助条件，这可以确保控制计划可直接用于控制供水网络，并且不需要适应或确认的中间步骤。边缘和/或节点部件的可能状态或状态组合可为物理条件或限制值建模，在该物理条件或限制值内可操作供水网络。例如，对于每个时间片，在每种情况下，可耦合对处于相应状态的泵的流速和相关能量消耗的限制或者对容器填充水平的限制。操作配置优选地包括水的允许流速和可控边缘部件的允许能量消耗。节点部件可包括水槽，并且水槽的状态可涉及允许的填充水平的间隔。因此可以改进的方式建模或利用水槽的储存功能。该至少一个边缘部件可包括主动设备，其能量摄入取决于其激活，并且其中确定控制计划，以这样的方式使得在整个规划周期内，所有边缘部件的能量摄入的总和尽可能小。因此可进一步降低边缘部件的操作成本。可确定控制计划，以这样的方式使得尽可能地最小化分配给边缘部件的切换的成本。因此可进一步降低受控边缘部件的维护成本。该至少一个边缘部件可包括主动设备，其能量摄入取决于其激活。可确定控制计划，以这样的方式使得在整个规划周期内，所有边缘部件的能量摄入的总和尽可能小。由此可提高供水网络的经济可行性。此外，边缘部件的寿命也可通过具有很少切换的保护操作模式来增加。多个可控边缘部件可包括主动设备，并且可确定边缘部件的激活的时间序列，使得主动边缘部件的总功率不超过预定功率。由此可考虑能量供应通常仅允许边缘部件的子集的同时操作。如果要超过供电网络的额定功率，则可能发生关闭，从而无法再操作连接的边缘部件。该至少一个可控边缘部件可包括主动设备，其能量摄入可为负的。这样的设备尤其可为涡轮机。其他节点或边缘元件也可基于给定的定义容易地建模。因此，该方法也可用于复杂或非标准的供水网络上。控制计划尤其可借助于混合整数线性程序来确定。为此类程序提供强大的解决方案设备（“求解器”），该程序通常作为市售计算机上的程序运行。解决方案设备允许在非常大的搜索区域内快速有效地搜索优化的解决方案。在这种情况下，可考虑任意优化标准或辅助条件，这可以线性函数的形式描述。如果应该使用非线性辅助条件，则必须为此适当地选择求解器（MINLP：混合整数非线性程序），然而，对此，可能需要相当大的计算能力或相应更长的搜索时间，因此这在实践中通常为不实用的。假设有足够的计算能力或运行时间，总能找到现有的最佳解决方案。事先已找到不太好的解决方案，这可通过进一步优化来改进。对于特定的解决方案，通常知道其质量从理论上可达到的质量（“间隙”）有多远。因此，可以改进的方式做出接受准备的解决方案—或准备的控制计划—与进一步优化之间的决定。用于控制上述供水网络的装置包括处理设备，该处理设备适于执行本文所述的方法。该设备可有利地用于提供控制计划，基于该控制计划，然后可控制供水网络。在这种情况下，控制计划的确定可独立于供水网络的操作控制来进行。因此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制供水网络（100）的方法（200），其包括节点部件（105）和边缘部件（110），其中所述边缘部件（110）在所述节点部件（105）之间输送水，其中所述边缘部件（110）中的至少一个相对于其水的流动行为为可控的，并且其中所述方法（200）包括以下步骤：‑ 确定（205）包括多个时间片的规划周期；‑ 确定（210）在时间片中向所述供水网络（100）中供水的上限和下限；‑ 确定（215）在所述时间片中来自所述供水网络（100）的水的预期提取；‑ 确定（220）所述至少一个边缘部件（110）的可能操作配置；‑ 确定（225）用于激活所述时间片中的可控边缘部件（110）的能量成本；‑ 确定（227）所述供水网络（100）的节点部件（105）的允许状态；‑ 确定（230）所述供水网络（100）的部件（105、110）的初始状态；‑ 基于所述确定的信息确定（235）用于所述至少一个可控边缘部件（110）的控制计划（170），以这样的方式使得在随时间平均的每个时间片（180）中保持所述供水网络（100）的预定水平衡；‑ 其中所述控制计划（170）包括所述至少一个边缘部件（105）的激活的时间序列；其特征在于，‑ 所述控制计划（170）允许所述至少一个边缘部件（110）的不同激活之间的转换在每个时间片中仅一次，并且在从一个时间片到接着的时间片的转换处一次。...

【技术特征摘要】
2017.08.30 EP 17188473.71.一种用于控制供水网络（100）的方法（200），其包括节点部件（105）和边缘部件（110），其中所述边缘部件（110）在所述节点部件（105）之间输送水，其中所述边缘部件（110）中的至少一个相对于其水的流动行为为可控的，并且其中所述方法（200）包括以下步骤：-确定（205）包括多个时间片的规划周期；-确定（210）在时间片中向所述供水网络（100）中供水的上限和下限；-确定（215）在所述时间片中来自所述供水网络（100）的水的预期提取；-确定（220）所述至少一个边缘部件（110）的可能操作配置；-确定（225）用于激活所述时间片中的可控边缘部件（110）的能量成本；-确定（227）所述供水网络（100）的节点部件（105）的允许状态；-确定（230）所述供水网络（100）的部件（105、110）的初始状态；-基于所述确定的信息确定（235）用于所述至少一个可控边缘部件（110）的控制计划（170），以这样的方式使得在随时间平均的每个时间片（180）中保持所述供水网络（100）的预定水平衡；-其中所述控制计划（170）包括所述至少一个边缘部件（105）的激活的时间序列；其特征在于，-所述控制计划（170）允许所述至少一个边缘部件（110）的不同激活之间的转换在每个时间片中仅一次，并且在从一个时间片到接着的时间片的转换处一次。2.如权利要求1所述的方法（200），其中多个边缘部件（110）的不同激活之间的进一步转换同时发生。3.如权利要求1或2所述的方法（200），其中为多个可控边缘部件（110）创建所述控制计划（170），并且协调所述边缘部件（110）的激活的所述时间序列。4.如前述权利要求中的任一项所述的方法（200），其中确定所述控制计划（170），以这样的方式使得存储在一个节点部件（105）处的时间片（180）中的水量对应于在先前时间片（180）中存储在所述节点部件（105）中的水量加上流入的水量并且减去流出的水量。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法（200），其中操作配置包括水的允许流速和可控边缘部件（110）的允许能量消耗。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法（200），其中所述节点部件（105）包括水槽，并且所述水槽的状态涉及允许的填充水平的间隔。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法（200），其中所述至少一个边...

【专利技术属性】
技术研发人员：R芬克，C莫尔，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE